Tái chế hóa học là một công nghệ mới đầy hứa hẹn liên quan đến việc phân hủy nhựa thành các dạng nguyên liệu thô thứ cấp, sau đó có thể được sử dụng để tạo ra sản phẩm mới.
Tái chế hóa học bằng phương pháp “chuyển đổi (conversion)” Biến rác thải thành nguyên liệu thô
“Chuyển đổi (conversion)” là một trong những cách để tái chế chất thải nhựa bằng phương pháp hóa học. Trong quy trình này, rác thải nhựa hỗn hợp được phân hủy thành nguyên liệu (thô) giống như dầu hoặc khí, sau đó được sử dụng để sản xuất hóa chất bao gồm cả nhựa. Quá trình “Chuyển đổi (conversion)” gồm 4 bước cơ bản. Quá trình tiền xử lý bắt đầu với chất thải nhựa hỗn hợp được thu thập, tách khỏi các tạp chất và cắt nhỏ để dễ dàng xử lý; Quá trình chuyển đổi hóa học: các miếng nhựa nhỏ được đưa vào thiết bị xử lý, như một nồi cách nhiệt hoặc lò phản ứng, và được xử lý với các chất hóa học như axit, bazơ hoặc các chất xúc tác khác để tách các liên kết hóa học giữa các phân tử nhựa. Quá trình này gọi là cracking. Từ các chất thải nhựa thành chất lỏng, nguyên liệu dạng dầu (nhiệt phân) hoặc nguyên liệu dạng khí (khí hóa). Quá trình này diễn ra trong điều kiện không có oxy (nhiệt phân) hoặc có oxy (khí hóa) để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao. Tinh chế: Sau khi cracking, sản phẩm được tách ra và tinh chế để loại bỏ các tạp chất và đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt được tiêu chuẩn. Nguyên liệu dầu hoặc khí được sản xuất (tái) tham gia vào chuỗi sản xuất hóa chất ở cấp độ nhà máy lọc dầu hoặc nhà máy cracker dưới dạng nguyên liệu thô thứ cấp thay thế nguyên liệu hóa thạch mới được khai thác. Các sản phẩm thu được được sử dụng để sản xuất hóa chất bao gồm nhựa có chất lượng tương tự như sản phẩm được làm từ các nguồn hóa thạch truyền thống.
Phương pháp này có khả năng xử lý nhiều loại nhựa khác nhau, kể cả những loại khó tái chế như PP hay PVC và không yêu cầu quy trình phân loại như các phương pháp tái chế khác.
Depolyme Hóa: Phá Vỡ nhựa Thành Các Khối Xây Dựng Cơ Bản
‘Depolyme hóa’ là một trong những cách để tái chế chất thải nhựa về mặt hóa học. Trong quy trình này, rác thải nhựa đã phân loại được phân hủy thành các monomer (đơn vị cấu trúc cơ bản của polymer) bằng chất hóa học hoặc nhiệt độ cao để đưa chúng trở lại quy trình sản xuất nhựa.
Đầu tiên, chất thải nhựa được phân loại và chuẩn bị cho quá trình xử lý tiếp theo. Quá trình depolyme hóa – thường được gọi là quá trình sử dụng hóa chất hoặc hòa tan – sử dụng các kết hợp hóa học, dung môi và nhiệt khác nhau để phân hủy polyme thành monome. Các phương pháp Depolyme hóa thường dùng:
– Hydrolysis (thủy phân): Đây là quá trình phân hủy polymer bằng cách sử dụng nước. Hydrolysis có thể được thực hiện bằng cách đun nóng polymer trong nước hoặc bằng cách sử dụng các chất xúc tác như acid hoặc base để tăng tốc quá trình phân hủy. Kết quả của quá trình này là các monomer tương ứng.
– Pyrolysis: Đây là quá trình phân hủy polymer bằng cách sử dụng nhiệt độ cao. Trong quá trình này, polymer được đun nóng trong môi trường không khí hoặc không khí có chứa khí hóa thạch. Các sản phẩm của quá trình này là các monomer và các hydrocarbon nhỏ hơn.
– Solvolysis: Đây là quá trình phân hủy polymer bằng cách sử dụng các dung môi hữu cơ như ethanol hoặc methanol. Trong quá trình này, polymer được đun nóng trong dung môi hữu cơ, dẫn đến sự phân hủy polymer thành các monomer tương ứng.
Trong bước tiếp theo, các chất gây ô nhiễm tiềm ẩn được tách ra khỏi các monome để loại bỏ chúng. Các monome sau đó được đưa trở lại quy trình sản xuất nhựa thông thường dưới dạng nguyên liệu thô thứ cấp. Chất dẻo được sản xuất theo cách này có chất lượng tương tự như chất dẻo làm từ các nguồn hóa thạch truyền thống.
Hòa tan: Chiết Xuất Nhựa
“Hòa tan (Dissolution)” là một phương pháp hóa học để tái chế chất thải nhựa. Trong quá trình này, rác thải nhựa đã phân loại được hòa tan để chiết xuất polyme và tạo ra nhựa tái chế mới từ chúng.
Phương pháp này đòi hỏi lựa chọn dung môi phù hợp để hòa tan nhựa. Dung môi cần đáp ứng các yêu cầu sau:
• Có tính chất tan chất tốt
• Không gây hại cho môi trường
• Có thể tái sử dụng
• Có thể tái chế
• Giá thành hợp lý
Chất thải nhựa được phân loại và chuẩn bị bằng cách cắt nhỏ và tách phụ gia, tạp chất. Sau đó, sử dụng nhiệt và dung môi để hòa tan nhựa thành dung dịch polyme và chất phụ gia ban đầu được tạo ra. Thời gian để tan hoàn toàn phụ thuộc vào loại chất liệu nhựa và dung môi được sử dụng. Trong bước tiếp theo, các chất phụ gia được tách ra khỏi polyme trước khi thu hồi polyme từ dung dịch. Việc tách phụ thuộc vào mục đích sử dụng của sản phẩm, có thể là tách ra các monomer, polymer, phụ gia,… Trong quá trình hòa tan, cấu trúc của polyme không bị thay đổi. Ở bước cuối cùng, các chất phụ gia mới được thêm vào polyme để tạo ra loại nhựa tái chế mới.
Tiềm năng và trở ngại của tái chế hóa học
Nhìn chung, tái chế hóa học có khả năng làm tăng đáng kể tỷ lệ tái chế và giảm chất thải nhựa. Đây là một phương pháp tiềm năng để giải quyết vấn đề về chất thải nhựa và giảm thiểu lượng rác thải đưa vào đất đai, biển cả và môi trường. Trong khi vẫn còn những thách thức, một số quốc gia và công ty đang tích cực đầu tư vào nghiên cứu và phát triển để làm cho công nghệ này trở nên khả thi và tiết kiệm chi phí hơn. Các nỗ lực nghiên cứu và phát triển vẫn đang được tiến hành, một số công ty và quốc gia đang tích cực đầu tư vào công nghệ này như một giải pháp đầy hứa hẹn cho vấn đề rác thải nhựa.
Tái chế hóa học cũng có những ưu điểm và nhược điểm cần được cân nhắc:
Ưu điểm:
– Tái chế hóa chất có thể tạo ra các sản phẩm có chất lượng tương đương hoặc cao hơn so với sản phẩm từ nguyên liệu hóa dầu.
– Phương pháp này có thể xử lý các loại nhựa phức tạp và hỗn hợp, bao gồm cả các sản phẩm nhựa mềm và bền.
– Giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguyên liệu hóa dầu và giảm lượng khí thải CO2.
Nhược điểm:
– Sử dụng công nghệ phức tạp để phân hủy các sản phẩm nhựa thành các thành phần hóa học, do đó cần nhiều năng lượng và tài nguyên để thực hiện phương pháp này.
– Quá trình tái chế hóa chất này có thể tạo ra các chất độc hại và khí thải có hại, nếu không được xử lý đúng cách.
– Phương pháp này vẫn đang phát triển và cần thêm nhiều nghiên cứu để phát triển các quá trình công nghệ an toàn và hiệu quả hơn.
– Chi phí cho quá trình này còn cao, do đó việc đầu tư và triển khai quy mô công nghiệp đang gặp nhiều thách thức.
Một số chuyên gia cảnh báo rằng tái chế hóa học không phải là giải pháp hiệu quả cho vấn đề rác thải nhựa. Có những lo ngại về chi phí và khả năng mở rộng của các công nghệ này, cũng như các tác động môi trường tiềm ẩn. Ngoài ra, một số nhóm môi trường cho rằng việc tập trung vào tái chế có thể làm xao nhãng nỗ lực giảm sử dụng nhựa và thúc đẩy các giải pháp thay thế bền vững hơn.
Tiềm năng hiện thực hóa tái chế hóa học tại Việt Nam:
Tái chế hóa học có thể là một giải pháp rất hiệu quả để quản lý chất thải nhựa ở các nước đang phát triển như Việt Nam, nơi nhu cầu về các sản phẩm nhựa ngày càng tăng nhanh và cơ sở hạ tầng tái chế vẫn đang phát triển. Các sản phẩm cuối cùng có thể có chất lượng tương tự như nhựa nguyên chất và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ đóng gói đến vật liệu xây dựng.
Tuy nhiên, việc thực hiện ở Việt Nam sẽ cần đầu tư đáng kể vào nghiên cứu và phát triển, cũng như xây dựng khung pháp lý hỗ trợ để khuyến khích đầu tư và áp dụng công nghệ. Từ thực tế tại một số nước đã triển khai, có thể đề xuất một số giai đoạn triển khai như sau:
– Tiến hành nghiên cứu khả thi: cần nghiên cứu khả thi toàn diện. Nghiên cứu này cần phân tích hệ thống quản lý chất thải nhựa của quốc gia, nguồn nguyên liệu sẵn có, thị trường tiềm năng cho các sản phẩm tái chế và tính khả thi về kỹ thuật và kinh tế của các quy trình tái chế hóa học khác nhau.
– Xây dựng quan hệ đối tác: Thực hiện tái chế hóa chất ở Việt Nam sẽ cần có sự hợp tác giữa các bên liên quan khác nhau, bao gồm các cơ quan chính phủ, tổ chức nghiên cứu, công ty tư nhân và các tổ chức xã hội dân sự. Xây dựng quan hệ đối tác và hợp tác giữa các bên liên quan này có thể giúp thúc đẩy chia sẻ kiến thức, nâng cao nhận thức về lợi ích của việc tái chế hóa chất, đồng thời tạo điều kiện đầu tư và áp dụng công nghệ.
– Xây dựng các quy định và tiêu chuẩn: các cơ quan quản lý có thể xây dựng các quy định và tiêu chuẩn khuyến khích áp dụng tái chế hóa học, chẳng hạn như khuyến khích các công ty sử dụng vật liệu tái chế hoặc áp thuế đối với các sản phẩm nhựa nguyên sinh. Điều này có thể giúp tạo ra một môi trường pháp lý hỗ trợ khuyến khích đầu tư vào tái chế hóa chất.
– Đầu tư vào nghiên cứu và phát triển: Để hỗ trợ phát triển tái chế hóa học, chính phủ có thể đầu tư vào các nỗ lực nghiên cứu và phát triển, chẳng hạn như tài trợ cho các tổ chức nghiên cứu để phát triển các quy trình tái chế hóa chất mới hoặc thiết lập các dự án trình diễn để giới thiệu những lợi ích của công nghệ.
Nhìn chung, việc thực hiện tái chế hóa chất ở Việt Nam sẽ đòi hỏi một cách tiếp cận đa diện bao gồm xây dựng quan hệ hợp tác, xây dựng các quy định và tiêu chuẩn cũng như đầu tư vào các nỗ lực nghiên cứu và phát triển. Tuy nhiên, những lợi ích tiềm năng của tái chế hóa học, chẳng hạn như giảm chất thải nhựa và tạo ra các cơ hội kinh tế mới, có thể khiến nó trở thành một khoản đầu tư rất đáng giá cho đất nước.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. “Chemical Recycling: An Overview of Technologies and Opportunities”, LanzaTech, https://www.lanzatech.com/wp-content/uploads/2021/06/Chemical-Recycling-An-Overview-of-Technologies-and-Opportunities.pdf
2. “Chemical Recycling of Plastics Waste: A Review”, Shuping Zhang, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212827117302367
3.”A Review of the Recent Advances in Chemical Recycling of Plastics”,Chenxi Zhang, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cssc.202002516
4.”Chemical Recycling of Waste Plastics for New Materials Production: A Review” Inès Zdanevitch and Catherine Pinel, https://www.mdpi.com/2313-4321/4/4/71
5.”Chemical Recycling of Plastic Waste: Moving from Promise to Reality” Jeff Wooster and Sameer Bharadwaj, https://www.nature.com/articles/s43017-022-00386-9
6.”Chemical Recycling Technology: Closing the Loop for Textile Waste”, JEPLAN, https://www.jeplan.co.jp/en/news/2022/20220801.html
7.”Chemical Recycling: A Sustainable Solution for Plastic Waste in Europe”, Cefic, https://cefic.org/app/uploads/2021/05/Chemical_Recycling_report.pdf
8.”Chemical Recycling: A Key Contributor to the Circular Economy”, Cefic, https://cefic.org/app/uploads/2021/01/Chemical-recycling_A-key-contributor-to-the-circular-economy.pdf
9.”Chemical Recycling of Plastics: Sustainable Solution or Short-Term Fix?”, Cefic, https://cefic.org/app/uploads/2021/01/Chemical-Recycling-of-Plastics-Sustainable-Solution-or-Short-Term-Fix.pdf
10.”Vietnam’s First Chemical Recycling Plant Begins Operations”, Plastics Today, https://www.plasticstoday.com/recycling/vietnams-first-chemical-recycling-plant-begins-operations
Nguyễn Đức Minh
(Theo Môi trường & Đô thị điện tử)
